Bài 35. Benzen và đồng đẳng. Một số hiđrocacbon thơm khác

Hoá học 11 nâng cao
Chương VI
HIĐROCACBON THƠM
NGUỒN HIĐROCACBON THIÊN NHIÊN
Giáo viên: Trần Thị Hương Giang
Trường THPT Huỳnh Thúc Kháng
Hoá học 11 nâng cao

Bài 46: BENZEN VÀ ANKYL BENZEN

Giáo viên: Trần Thị Hương Giang
Trường THPT Huỳnh Thúc Kháng
Cấu trúc phân tử
a) Sự hình thành liên kết
b) Mô hình phân tử
c) Biểu diễn cấu tạo của benzen
2. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp
a) Đồng đẳng
b) Đồng phân
c) Danh pháp


I. CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
a) Sự hình thành liên kết
Benzen: C6H6
Nguyên tử C: C-sp2
C sử dụng 3 AO lai hoá tạo liên kết  với 2 C và 1H
Kết luận: Liên kết ở benzen bền vững hơn so với
liên kết  ở anken là các hiđrocacbon khác
6 AO p của 6 C xen phủ bên với nhau
 hệ liên hợp  chung cho cả vòng benzen
b) Mô hình phân tử
Phân tử đồng phẳng
6 nguyên tử C tạo thành một lục giác đều
dC-C = 1,4 A0 CCC = CCH = 1200
dC-H = 1,09 A0
1,4 A0
1,4 A0
1,4 A0
1,4 A0
1,4 A0
1,4 A0
c) Biểu diễn công thức cấu tạo
Công thức Kekule
Thực tế tất cả các liên
kết C-C đều đồng nhất
Vòng tròn thể hiện liên kết 
giải toả trên toàn bộ phân tử
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Cấu trúc phân tử
a) Sự hình thành liên kết
b) Mô hình phân tử
c) Biểu diễn cấu tạo của benzen
2. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp
a) Đồng đẳng
b) Đồng phân
c) Danh pháp


I. CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
Định nghĩa:
Công thức chung:
n = 6 7 8 9 10
CTPT
C7H8
C8H10
C9H12
C10H14
Ankyl benzen là sản phẩm thế một hay nhiều nguyên tử
tử H trong phân tử benzen bằng các nhóm ankyl
Các ankylbenzen: dãy đồng đẳng của benzen
CnH2n-6 (n6)

C6H6
(I)
(II)
(III)
(IV)
(V)
a) Dãy đồng đẳng của Benzen
Cách 1:
Hợp chất đơn giản nhất là benzen có CTPT: C6H6
Đồng đẳng của benzen có thành phần:
C6H6 + m (CH2) ứng với CTPT: Cm+6H2m+6
Đặt n=m+6 CT trên trở thành CnH2n-6

Chứng minh công thức chung:

Vậy CT chung của dãy đồng đẳng là CnH2n- 6(n6)
a) Dãy đồng đẳng của Benzen
Bài tập 1:
Viết CTCT của các ankylbenzen có CTPT sau:
a) C7H8 b) C8H10
c) C9H12 d) C10H14
(d: bài tập về nhà)
b) Đồng phân
Cách viết đồng phân cấu tạo
+ Tính tổng số nguyên tử C của các mạch nhánh
+ Phân tích các trường hợp phân nhánh: số lượng nhánh,
số nguyên tử C mỗi nhánh, cấu tạo từng nhánh
+Viết bộ khung C tương ứng
+ Thay đổi vị trí tương đối các nhánh
+ Điền H để C thoả mãn hoá trị IV
b) Đồng phân
C7H8:
Tổng C của nhánh: 1
Chỉ có 1 CTCT
b) Đồng phân
C8H10 :
Tổng C của nhánh: 2
TH1: 1 nhánh (2C)
TH2: 2 nhánh (đều 1C)
Có 3 vị trí tương đối
C8H10 có 4 đồng phân ankylbenzen
C9H12 : Tổng số nguyên tử C của nhánh: 3
TH1: 1 nhánh (3C)
TH2: 2 nhánh (2C và 1C)

TH3: 3 nhánh (đều 1C)
3 nhánh giống nhau nên
có 3 vị trí tương đối
C3H7-: 2 đồng phân
Có 3 vị trí cuả 2 nhánh
C9H12 có 8 đồng phân ankylbenzen
b) Đồng phân
b. Đồng phân
Phân loại:
Ankyl benzen có đồng phân cấu tạo:

+ Đồng phân về cách chia cắt
mạch nhánh và số lượng nhánh

+ Đồng phân về vị trí tương
đối của các nhánh ankyl


+ Đồng phân về sự phân nhánh của
mạch nhánh

Tên thay thế:
Số chỉ vị trí – Tên nhánh Benzen
Đánh số: số chỉ vị trí của các nhánh là nhỏ nhất (xét sự khác biệt đầu tiên)
Trường hợp có 2 nhánh:
+ Vị trí 1, 2: đọc ortho (o-)
+ Vị trí 1, 3: đọc meta (m-)
+ Vị trí 1,4: đọc para (p-)
c. Danh pháp
c. Danh pháp
Ví dụ:
Etylbenzen
Metylbenzen
(Toluen)
Propylbenzen
Isopropylbenzen
(Cumen)
1,2-đimetylbenzen
o-đimetylbenzen
o-Xilen
1,3-đimetylbenzen
m-đimetylbenzen
m-Xilen
1,4-đimetylbenzen
p-đimetylbenzen
p-Xilen
c. Danh pháp
1-etyl-2-metylbenzen
2-etyl-1,3-đimetylbenzen
phenyl
benzyl
2-Phenylheptan

1 2 3 4 5 6 7
Bớt H của vòng thơm được gốc HC thơm hoá trị I
Tên chung là aryl
O-tolyl
NỘI DUNG
I - CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
1. Cấu trúc phân tử
2. Đồng đẳng, đồng phân, danh pháp
II – TÍNH CHẤT VẬT LÝ
III – TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
IV – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

Nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng
+ ts, d : tăng theo khối lượng mol phân tử…
+ tnc ít phụ thuộc vào M, phụ thuộc đáng kể vào tính đối xứng của phân tử (đồng phân p có tnc cao hơn đồng phân o và m)
+ Ankylbenzen đều nhẹ hơn nước.
Tính tan và màu sắc
+ Tan tốt trong dung môi hc, hầu như không tan trong nước
+ Không màu
+ Có mùi
+ Nhiều chất có hại cho sức khoẻ
II. Tính chất vật lý
NỘI DUNG
I - CẤU TRÚC, ĐỒNG ĐẲNG, ĐỒNG PHÂN VÀ DANH PHÁP
II – TÍNH CHẤT VẬT LÝ
III – TÍNH CHẤT HOÁ HỌC
Phản ứng thế
Phản ứng cộng
Phản ứng oxi hoá
IV – ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

Ankylbenzen: Vòng benzen và gốc ankyl
Tính chất:
+ Tính thơm của vòng benzen
+ Tính no của gốc ankyl
2 phần trên có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau nên tính
chất của vòng benzen và gốc ankyl đều bị biến đổi
Các phản ứng:
Phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng oxi hoá
Phản ứng thế ở vòng benzen là phản ứng đặc trưng
III. Tính chất hoá học
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Sơ đồ phản ứng
Ar-H + Z-E Ar-E + H - Z
Ar: gốc thơm như C6H5-, CH3C6H5….
X-Y: Br-Br, Cl-Cl, HO-NO2, HO-R, Cl-R, Cl-C-R
=
O
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Phản ứng halogen hoá
Ar-H + X-X Ar-X + H - X
Fe/FeX3
C6H6 + Cl2
C6H5Cl + HCl

FeCl3
C6H6 + Br2
C6H5Br + HBr

FeBr3
Clobenzen
Brombenzen
F2: phản ứng quá mãnh liệt, I2: không phản ứng
FeX3: xúc tác (nếu dùng Fe thì 2Fe + 3X2 = 2FeX3)
( C6H6 ko phản ứng với dd Br2 khi không có xt)
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Phản ứng nitro hoá
Ar-H + HO-NO2 Ar –NO2 + H - OH
H2SO4đ
C6H6 + HNO3
C6H5NO2 + H2O

Nitrobenzen
Tác nhân: HNO3 đặc
H2SO4 đậm đặc: xúc tác
Muốn đưa thêm nhóm NO2 vào phân tử nitrobenzen
dùng HNO3 bốc khói và đun nóng ở 1000C
H2SO4đ
(600C)
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Phản ứng sunfo hoá
Ar-H + HO-SO3H Ar –SO3H + H - OH
C6H6 + H2SO4
C6H5-SO3H + H2O

Axit benzensunfonic
Tác nhân: H2SO4 bốc khói (oleum H2SO4.nSO3)
Phản ứng là thuận nghịch
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Phản ứng Ankyl hoá Friđen-Crap
Ar-H + X-R Ar –R + H - X
RX: RCl, RBr, RI. AlCl3: xúc tác
Phản ứng dùng để điều chế ankylbenzen

AlCl3
Có thể thay RX bằng ancol hoặc anken (xúc tác: H+)
Ar-H + R-OH Ar –R + H - OH
Ar-H + RCH=CH2 Ar-CHR-CH3
H+
H+
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Phản ứng Ankyl hoá Friđen-Crap
Ar-H + R-C-X Ar –C-X + H - X
AlCl3
=
=
O
O
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Cơ chế phản ứng
Phân tử Z-E không trực tiếp tấn công
Khi có xúc tác, Z-E phân li thành E+
+ E+
E
+ H+
Chậm
Nhanh
Phức 
Phức : sản phẩm trung gian, là một cacbocation vòng
1
Tác nhân trực tiếp là E+
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Cơ chế phản ứng nitro hoá
+ +NO2
NO2
+ H+
Chậm
Nhanh
Phức 
H-O-NO2 + H+
H-O-NO2
H
+
H-O-NO2
H
+
+NO2 + H2O
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Nhóm thế thường ảnh hưởng đến phản ứng
thế ở vòng về hai mặt:
+ Tốc độ phản ứng (khả năng phản ứng)
Nhóm hoạt hoá: làm cho phản ứng thế dễ dàng hơn so với benzen
Nhóm phản hoạt hoá: phản ứng thế khó khăn hơn so với benzen
+ Hướng của phản ứng (vị trí tác nhân E+ tấn công)
Nhóm thế định hướng ortho-para
Nhóm thế định hướng meta
Y
Y
Y
Định hướng o, p
Định hướng m
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Định hướng
ortho – para
Định hướng
meta
Hoạt hoá
mạnh
Hoạt hoá
trung bình
Hoạt hoá
yếu
Phản hoạt
hoá yếu
-NH2 -NHR -NR2 -OH -OR
-NH-C-R
-O-C-R
=
=
O
O
-R -Ar
-F Cl Br I
Phản hoạt
hoá yếu
Phản hoạt
hoá mạnh
Phản hoạt
hoá tb
-C-H
-C-NH2
=
=
O
=
O
=
O
-C-R
-C-OH
=
O
O
-C-OR
-SO3H -CN -CF3 -CCl3
-NO2 -NR3
(+)
.. .. .. .. ..
.. ..
Khái quát
+ Gốc ankyl, aryl và các nhóm thế có nguyên tử liên kết trực tiếp với vòng có cặp electron tự do định hướng o, p (trừ khi nguyên tử mang điện tích dương). Các nhóm thế còn lại định hướng m
+ Nhóm định hướng o, p đều hoạt hoá vòng benzen (trừ halogen).
+ Nhóm định hướng m đều phản hoạt hoá vòng benzen

1. Phản ứng thế ở vòng benzen
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Nhóm thế -CH3: hoạt hoá phản ứng
định hướng o, p
+ Br2
FeBr3
(41%)
(59%)
Br
Br
-HBr
Toluen phản ứng nhanh hơn benzen, cho sp thế o và p
+ HO-NO2
H2SO4
-H2O
NO2
NO2
(58%)
(42%)
1. Phản ứng thế ở vòng benzen
Nhóm thế NO2: phản hoạt hoá
định hướng m
m-đinitro
benzen
p-đinitro
benzen
o-đinitro
benzen
H2SO4
1000C
Phản ứng xảy ra khó khăn hơn, tạo sp thế m
(93%)
(7%)
a) Cộng H2
2. Phản ứng cộng
Phản ứng cộng vào vòng benzen có thể xảy ra
nhưng tương đối khó khăn và không phổ biến
Ni
1500C, 10at
as, 600C
b) Cộng Cl2
1,2,3,4,5,6-hexaxilohexan
Benzen và ankylbenzen ko pư với dd B2
a) Phản ứng cháy
3. Phản ứng oxi hoá
b) Oxi hoá không hoàn toàn
CnH2n-6 + ( ) O2 nCO2 + (n-3)H2O
3n-3
2
C6H6 + O2 6CO2 + 3 H2O
15
2
t0
t0
Khi cháy không hoàn toàn cho muội than (C)
Benzen + KMnO4
V2O5
(Anhiđrit maleic)
4500C
4. Phản ứng ở mạch nhánh
Do ảnh hưởng của vòng benzen, vị trí benzylic hay vị
trí  rất hoạt động trong phản ứng halogen hoá, oxi hoá
a) Phản ứng halogen hoá
as
1100C
3500C
Phản ứng thế xảy ra dễ dàng ở vị trí 

4. Phản ứng ở mạch nhánh
b) Phản ứng oxi hoá
Ar-R
Ar-COOH
K2Cr2O7+H2SO4
hoặc KMnO4
KMnO4
1000C
H+
KMnO4
(H+)
KMnO4
ko phản ứng vì không có H-
(axit phtalic)
Nhận xét
- Benzen tuy là hợp chất không no nhưng dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng.
- Phản ứng thế xảy ra có qui luật
- Benzen rất bền nhiệt động
Những tính chất đó chung cho các hiđrocacbon thơm nên được gọi là tính thơm
III. Tính chất hoá học
IV – Điều chế và ứng dụng
1) Điều chế
+ Chưng cất dầu mỏ và nhựa than đá

+ Hiđro hoá ankan và xicloankan
+ Ankyl hoá theo Friđen - Crap
CH3[CH2]4CH3 C6H6 + 4H2
CH3[CH2]5CH3 C6H5CH3 + 4H2
xt, t0
xt, t0
Ar-H + X-R Ar –R + H - X
Ar-H + R-OH Ar –R + H2O
Ar-H + RCH=CH2 Ar-CHR-CH3
AlCl3
H+
H+
IV – Điều chế và ứng dụng
2. Ứng dụng
+ Dung môi: benzen, toluen, xilen…được dùng rỗng
rãi làm dung môi

+ Tổng hợp monome cho công nghiệp polime


+ Tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, chất giặt rửa
tổng hợp


+ Tổng hợp chất nổ, nông dược